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Ion cyclotron wave effects on the ion velocity distribution in a tandem mirror

S. Ross, R.A. Breun, J.F. Santarius, H. Persing, J.E. Scharer1988年被引用 4Nuclear FusionIF 3出版社

Experiments have been conducted in the end cells of a tandem mirror to determine the effect of ion cyclotron resonance heating (ICRH) on the ion pitch angle and velocity distribution. An ICRH power of 2-4 W·cm−3 was measured to have both a directed and a diffusive velocity space effect on the mirror trapped plasma ions, which have densities of (4-6) × 1012 cm3 and average perpendicular energies of 600-1000 eV. On low energy streaming ions (10-50 eV, v∥ > v⊥), the ICRH has a directed pitch angle effect which causes a dominant number of the eventually trapped ions to reflect or to mirror near the resonant magnetic field and to generate a sloshing ion like velocity distribution. However, a sloshing ion like axial density profile was not measured. On hotter thermal ions (600-1000 eV) the ICRH has a measurable diffusive effect, which increases with RF electric field and spreads the distribution function 15-25° around the pitch angle of the RF resonance. On hot test particles generated by 6.9 keV neutral beams injected nearly perpendicularly to the axis, Coulomb and charge exchange collisions were found to dominate over RF diffusion. These observations are discussed in the context of RF kick-per-pass and quasi-linear theory.

日本語訳

タンデムミラーの端部セルにおいて、イオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)がイオンのピッチ角と速度分布に及ぼす効果を決定するための実験が行われた。2〜4 W·cm⁻³のICRHパワーは、密度が(4〜6)×10¹² cm⁻³、平均垂直エネルギーが600〜1000 eVであるミラー閉じ込めプラズマイオンに対して、方向性のある速度空間効果と拡散的な速度空間効果の両方を有することが測定された。低エネルギーのストリーミングイオン(10〜50 eV、v∥ > v⊥)に対して、ICRHは方向性のあるピッチ角効果を有し、これにより最終的に閉じ込められるイオンの大部分が、共鳴磁場付近で反射またはミラーリングされ、スロッシングイオン様の速度分布が生成される。しかし、スロッシングイオン様の軸方向密度分布は測定されなかった。より高温の熱イオン(600〜1000 eV)に対して、ICRHは測定可能な拡散効果を有し、これはRF電場とともに増大し、RF共鳴のピッチ角の周囲15〜25°にわたって分布を広げた。軸にほぼ垂直に注入された6.9 keVの中性ビームによって生成された高温テスト粒子に対しては、クーロン衝突と電荷交換衝突がRF拡散よりも支配的であることが見出された。これらの観測結果は、RFキックあたりの効果と準線形理論の文脈で考察される。

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Cyclotron waveTandem mirror
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